(57)【要約】【課題】  発電装置において地絡が発生した場合には、速やかに地絡が発生したモジュールを特定し、そのモジュールとパワーコンディショナとの接続を切り離し、地絡が発生していないモジュールで発電した電力を用いて、負荷系統や電力系統への電力供給を再開することにより、発電装置で発電した電力を有効に利用することが可能な地絡対策装置を提供することを目的とする。【解決手段】  発電装置を構成する複数のモジュール１１〜１４のそれぞれに対応して開閉器２１〜２４を設け、地絡検出器１０によって地絡が検出された場合に、制御部１００が予め設定されている所定の手順に基づいて、開閉器２１〜２４の開閉を制御することにより、地絡が発生したモジュールを特定する。また、制御部１００は、地絡が発生したモジュールを特定すると、その情報を通知部２００へ出力する。【選択図】      図２
2005168156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置を構成する複数のモジュールと、これらのモジュールにより発電された電力を負荷系統又は電力系統へ供給するためのパワーコンディショナとの間に設けられた地絡対策装置であって、
前記モジュールのそれぞれに対応して設けられ、前記モジュールと前記パワーコンディショナとの間に配置される開閉手段と、
地絡が検出された場合に、予め設定されている開閉手順に基づいて前記各開閉手段の開閉を制御することにより、地絡が発生したモジュールを特定する制御手段と
を具備することを特徴とする地絡対策装置。
【請求項２】
地絡が発生していると特定された前記モジュールについての情報を通知する通知手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の地絡対策装置。
【請求項３】
発電装置を構成する複数のモジュールと、
該モジュールで発電された電力を負荷系統又は電力系統へ供給するためのパワーコンディショナと、
地絡を検出する地絡検出手段と、
請求項１又は請求項２に記載の地絡対策装置と
を具備することを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムに用いられる地絡対策装置に係り、特に、太陽光発電システムに用いられる地絡対策装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムにおいては、一般的に、所望の電圧を得るために、複数の電池セルを直列に接続してモジュールを構成し、更に、出力電力容量を得るために、複数のモジュールを並列に接続して発電装置を構成する。
発電装置によって発電された直流電力は、インバータ、昇圧装置、各部を制御する制御装置等によって構成されるパワーコンディショナによって交流電力に変換され、負荷系統や電力系統に供給される。
ところで、上述の発電装置では、何らかの原因により、電池セル、配線等の絶縁が破壊され、地絡が発生する場合がある。
この場合、絶縁が破壊された箇所を特定し、適切な処置を行うことが必要となる。
そこで、例えば、特開２００１−２１６０６号公報（特許文献１）には、太陽電池の出力ライン間に分圧器を接続し、分圧器の分圧点と接地電位との間に電流検出器を接続し、この検出結果がゼロになるように分圧器の分圧比を調整することにより、正確に地絡を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２１６０６号公報（段落［００１８］〜［００３９］、及び図１〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した特許文献１では、地絡が検出された場合には、発電装置とパワーコンディショナとを接続しているコンダクタを開放し、更に、パワーコンディショナの運転を停止する。この発明によれば、地絡が生じた場合に高い安全性を確保することができるが、次のような問題点があった。
即ち、上記特許文献１の発明では、発電装置の一部にでも地絡箇所が検出された場合には、パワーコンディショナの運転を停止し、発電電力の供給を全停止してしまうため、地絡が発生していない正常なモジュールで発電した電力が無駄になってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、発電装置において地絡が発生した場合には、速やかに地絡が発生したモジュールを特定し、そのモジュールとパワーコンディショナとの接続を切り離して安全性を確保するとともに、地絡が発生していないモジュールはパワーコンディショナとの接続を維持することにより、発電電力を有効に利用することが可能な地絡対策装置及び発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
【０００６】
本発明の地絡対策装置は、発電装置を構成する複数のモジュールと、これらのモジュールにより発電された電力を負荷系統又は電力系統へ供給するためのパワーコンディショナとの間に設けられた地絡対策装置であって、前記モジュールのそれぞれに対応して設けられ、前記モジュールと前記パワーコンディショナとの間に配置される開閉手段と、地絡が検出された場合に、予め設定されている開閉手順に基づいて前記各開閉手段の開閉を制御することにより、地絡が発生したモジュールを特定する制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００７】
発電装置のモジュールは、複数の電池セルが直接に接続されて構成されている。そして、発電装置は、出力電力容量を得るために、複数のモジュールを並列に接続することにより構成されている。
パワーコンディショナは、主に発電装置によって発電された直流電力を交流電力に変換し、負荷系統や電力系統へ供給するためのものであり、例えば、インバータ、昇圧装置、及び、各部を制御する制御装置等により構成される。
地絡対策装置を構成する開閉手段は、発電装置の各モジュールに対応して設けられており、この開閉手段を開放することにより、モジュールを回路から切り離すことができ、安全性を確保することができる。
地絡対策装置を構成する制御手段は、地絡を検出する地絡検出手段により地絡が検出された場合に、予め設定されている開閉手順に基づいて、開閉手段の開閉を制御することにより、地絡が発生したモジュールを特定する。
例えば、制御手段は、投入する開放手段と開放する開閉手段との組み合わせを順次切り替え、切り替えたときの地絡検出の有無に基づいて地絡が発生したモジュールを特定する。
また、開閉手順の具体例としては以下のようなものが挙げられる。
制御手段は、例えば、地絡が検出された場合に、まず、全ての開閉手段を開放した後、各開閉手段を順次投入していき、そのときの地絡検出の有無によって、地絡が発生したモジュールを特定する。
制御手段は、地絡が検出された場合に、まず、全ての開閉手段を開放した後、１つの開放手段を開放するとともに他の開放手段を全て投入し、開放する開閉手段を順次切替えながら地絡が発生したモジュールを特定するようにしても良い。
また、制御手段は、例えば、開閉手段を複数のグループに分割しておき、グループ毎に開閉の操作を実施して、除々に地絡が発生しているモジュールを絞り込むことにより特定するようにしても良い。この操作によると、１つずつ開閉器を投入していく手法と比較し、少ない開閉操作で地絡が発生しているモジュールを特定することができる。
なお、制御手段は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read
Only Memory）、ＲＡＭ（Random
Access Memory）等から構成されており、例えば、ＲＯＭには、地絡が検出された場合における開閉手段の開閉手順を記述したプログラムが格納されている。そして、地絡が検出された場合には、ＣＰＵはＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開し、展開したプログラム実行手順に基づき開閉手段の開閉を制御する。
また、当該地絡対策装置は、地絡検出手段を備えている必要はない。例えば、パワーコンディショナ内に設けられていても良い。要は、地絡が発生した旨の情報が制御手段に伝達されれば足りる。
【０００８】
また、本発明の地絡対策装置は、地絡が発生していると特定された前記モジュールについての情報を通知する通知手段を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
通知手段は、地絡検出手段により地絡が発生したモジュールが特定された場合に、地絡が発生したモジュールについての情報を通知する。
これにより、利用者やシステムの管理者に対して即時に地絡が発生したモジュールについて通知することができる。
なお、通知の手法としては、例えば、ランプの点灯等による視覚的に通知する手法や、警報器の鳴動等のように聴覚的に通知する手法が挙げられる。また、通知先については、システム内に設けられた表示装置等に通知しても良いし、所定のネットワーク（例えば、専用回線や、インターネット等）を介してシステムの管理者に通知するようにしても良い。
【００１０】
また、本発明の地絡対策装置は、発電システムに好適なものであり、この地絡対策装置を採用することにより、発電装置により発電された電力を有効に利用することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の地絡対策装置は、以下の効果を奏する。
【００１２】
本発明によれば、地絡を検出するだけではなく、地絡が発生したモジュールを特定することができるので、地絡が発生したモジュールについては、パワーコンディショナとの接続を切り離し、その他のモジュールについては、パワーコンディショナと接続された状態とし、発電装置からの電力の供給を再開することにより、発電装置で発電した電力を有効に利用することができる。
【００１３】
地絡検出手段により地絡が発生したモジュールが特定された場合に、地絡が発生したモジュールについての情報を通知する通知手段を備えるので、利用者やシステムの管理者に対して即時に地絡が発生したモジュールについて通知することができる。
これにより、地絡の発生に対して迅速な対応が可能になると同時に、地絡が発生したモジュールの状況が容易に把握でき、迅速且つ適切な改修作業が可能となる。
また、万一地絡検出手段が誤操作した場合にも、誤動作であったことがすぐに確認でき、不要な出向や連絡等を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る地絡対策装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
この図において、符号１は太陽電池（発電装置）であり、太陽光の照射を受けて直流電力を発生する。太陽電池１は、いくつかの太陽電池セルを直列接続したモジュールを、更に複数個並列に接続することによって構成される。なお、太陽電池セルの直列数や、モジュールの並列数は、太陽光発電システムとして必要な電圧及び電力容量が得られるように、適宜選定される。
符号２は、接続箱（地絡対策装置を含む）２であり、太陽電池１の各モジュールで発電された直流電力を出力する配線は、ここで並列に結線される。これにより、各モジュールで発電された電力は、１本の電力線（図中Ｐ）を経由してパワーコンディショナ３へ供給される。
太陽電池１により発電された直流電力は、パワーコンディショナ３内のインバータ３１により交流電力へ変換され、ノイズフィルタ３２によって、高調波成分が除去される。
ノイズフィルタ３２により高調波成分が除去された交流電力は、負荷系統又は電力系統へ供給される。なお、負荷系統に接続される負荷としては、例えば、空気調和機や、冷蔵庫、掃除機等の家電機器が挙げられる。
パワーコンディショナ３の出力側には、異常が生じた場合に、パワーコンディショナ３と系統との間の接続を切断し、安全性を確保するためのコンダクタ３３が設けられている。
制御部３４は、負荷系統へ供給する電力が所定電圧、所定周波数の交流電力となるように、インバータ３１を構成するスイッチング素子をＰＷＭ制御する。また、後述の接続箱２が備える地絡検出器により地絡が検出された場合には、インバータ３１の制御を一旦停止するとともに、コンダクタ３３を一旦開放し、パワーコンディショナ３を系統から切り離す。
【００１５】
次に、発電装置１とパワーコンディショナ３とを接続する接続箱２について図２を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る接続箱２に発電装置として機能する太陽電池１が接続された構成を示す図である。
この図に示すように、太陽電池１を構成するモジュール１１〜１４は、接続箱２により並列に接続される。接続箱２には、各モジュール１１〜１４に対応して、太陽電池１の保守点検時又は太陽電池１の一部に地絡等の異常などが生じたときに、異常が生じたモジュールを回路から切り離すための開閉器（開閉手段）２１〜２４がそれぞれ設けられており、回路の開閉は制御部１００の制御下で行なわれる。
また、各モジュールに対応して逆流防止ダイオード５が設けられている。これは、モジュール１１〜１４の設置位置や太陽光の照射状況等により、各モジュールの発電電圧が異なる場合に生ずる電流の流れ込みを防止するためのものである。
モジュール１１〜１４を並列に接続した接続点のパワーコンディショナ３側には、地絡を検出するための地絡検出器（地絡検出手段）１０が設けられている。この地絡検出器１０は、電流の往路および復路の電線からそれぞれ発生する磁界により、両電線に流れる差電流を検出し、検出結果が一定値以上であった場合には、地絡である旨の信号（以下「地絡信号」という。）を制御部１００へ出力する。
更に、各モジュールが並列に接続された後、パワーコンディショナ３へ電力を供給する径路の途中には、接続箱２とパワーコンディショナ３との接続を切り離すためのコンダクタ６が配置されている。
制御部（制御手段）１００は、地絡信号を受信すると、コンダクタ６を開放し、その後、予め設定されている所定の手順に基づいて開閉器２１〜２４の開閉を制御することにより、地絡が発生したモジュールを特定する。
更に、制御部１００は、地絡の発生及び上述の開閉操作により特定されたモジュールについての情報を通知部（通知手段）２００に出力する。
上記制御部１００は、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read
Only Memory）、ＲＡＭ（Random
Access Memory）等から構成されており、例えば、ＲＯＭには、地絡が検出された場合における開閉器２１〜２４の開閉プログラムが格納されている。これにより、地絡が検出された場合には、ＣＰＵはＲＯＭに格納された開閉プログラムをＲＡＭに展開し、展開したプログラム実行手順に基づき開閉器２１〜２４の開閉を制御することにより、地絡が発生したモジュールを特定することができる。
通知部２００は、制御部１００から受信した情報に基づいて地絡が発生した旨と、その発生箇所等の通知を外部に対して行う。なお、通知の手法としては、例えば、ランプの点灯や、警報器の鳴動等による装置外への報知やネットワークを介した情報発信が挙げられる。また、通知先については、地絡対策装置もしくは発電システム内に設けられた表示装置等に通知しても良いし、インターネット等を介して発電システムの管理者に通知するようにしても良い。
ここで、本実施形態では、地絡対策装置は、開閉器２１〜２４、制御部１００、地絡検出器１０及び通知部２００により構成されるものとする。
【００１６】
次に、上記構成からなる太陽光発電システムにおいて、いずれかのモジュール又はその配線に地絡が生じた場合の地絡対策装置の動作について説明する。
ここでは、モジュール１２の一部に地絡が発生した場合について説明する。
まず、地絡が発生すると、地絡検出器１０が地絡を検出し、地絡信号を制御部１００へ出力する。制御部１００は、コンダクタ６を開放すると同時に、パワーコンディショナ３内（図１参照）の制御部３４に対して地絡が検出された旨の信号を出力する。これにより、パワーコンディショナ３内の制御部３４は、コンダクタ３３を開放するとともに、インバータ３１の制御を停止する。この結果、負荷系統等への電力供給が一時的に停止される。
更に、接続箱２内の制御部１００は、通知部２００に対して地絡が発生した旨の情報を出力する。これにより、通知部２００により地絡が発生した旨が通知される。
次に、制御部１００は、全ての開閉器２１から２４を開放し、開状態とする。
続いて、制御部１００は、開閉器２１を投入し、閉状態とした後に、コンダクタ６を投入する。このとき、モジュール１１には地絡が発生していないので、地絡検出器１０は地絡を検出しない。従って、制御部１００は、モジュール１１には地絡が発生していないことを認識する。
続いて、制御部１００は、上記開閉状態を維持したまま、開閉器２２を投入する。このとき、モジュール１２は地絡を発生しているので、地絡検出器１０が地絡を検出し、制御部１００に対して地絡信号を出力する。
この信号を受け、制御部１００はモジュール１２に地絡が発生していることを認識し、記憶するとともに、開閉器２１を開放する。
次に、制御部１００は、上記開閉状態を維持したまま、開閉器２３を投入する。このとき、モジュール１３には地絡が発生していないので、地絡検出器１０は地絡を検出しない。従って、制御部１００は、モジュール１３には地絡が発生していないことを認識する。以下同様にして、開閉器２４を投入し、モジュール１４にも地絡が発生していないことを確認する。
【００１７】
この開閉器の操作の結果、地絡が発生しているモジュール１２に対応する開閉器２２のみが開放され、その他のモジュール１１、１３、及び１４に対応する開閉器２１、２３、及び２４は投入されている状態となる。
この状態において、制御部１００は、パワーコンディショナ３内の制御部３４（図１参照）に対してインバータ３１の制御を開始する旨の信号を出力する。制御部３４は、当該信号を受け取ると、コンダクタ３３を投入し、インバータ３１の制御を再開する。これにより、地絡が発生していない他のモジュール１１、１３、及び１４の発電電力がパワーコンディショナ３によって負荷系統又は電力系統へ供給されることとなる。
制御部１００は、上述の一連の操作が終了した後、通知部２００に対して、モジュール１２に地絡が発生した旨の情報を出力する。これにより、通知部２００により地絡が発生した箇所が通知される。
【００１８】
以上、上述した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
モジュール１１〜１４のそれぞれに対応して開閉器２１〜２４を設ける。そして、地絡検出器１０によって地絡が検出された場合に、制御部１００が予め設定されている所定の手順に基づいて開閉器２１〜２４の開閉を制御することにより、地絡が発生したモジュールを特定する。このように、制御部１００が、地絡が発生したモジュールを特定することにより、地絡が発生したモジュールについては、パワーコンディショナ３との接続を切り離し、その他のモジュールについては、パワーコンディショナ３と接続された状態とする。この結果、発電装置１からの電力の供給を再開することができ、発電装置１で発電した電力を有効に利用することができる。
【００１９】
また、通知部２００は、地絡が発生した旨並びに、地絡が発生したモジュールについて通知する。これにより、利用者や発電システムの管理者は、地絡が発生した旨や地絡が発生したモジュールについて即時に知ることができる。
これにより、地絡の発生に対して迅速な対応が可能になると同時に、地絡が発生したモジュールの状況が容易に把握でき、迅速且つ適切な改修作業が可能となる。
また、万一地絡検出手段が誤操作した場合にも、誤動作であったことがすぐに確認でき、不要な出向や連絡等を防止することができる。
【００２０】
なお、上述の実施形態においては、地絡が検出された時点で通知部２００に対して地絡発生の旨の情報を出力したが、一連の処理を終了した後に、地絡が発生した箇所と併せて、地絡が発生した旨の情報を出力するようにしても良い。
また、制御部１００は、地絡が発生したモジュールを特定した後に、パワーコンディショナ３内の制御部３４に対して、インバータ３１等の制御の再開を指示しているが、このタイミングに限られず、正常なモジュールが１つでも認識できた時点、即ち、上述した実施形態においては、開閉器２１を投入し、地絡が検出されなかったのを認識した時点で、制御部３４に対してインバータ３１の制御の再開を指示するようにしてもよい。
【００２１】
また、上述の実施形態では、開閉器２１から開閉器２４までを順に投入する例について説明したが、投入する順序はこれに限られるものではなく、例えば、上述したように正常なモジュールが一つでも認識できた時点でインバータ制御を再開する場合などにおいては、電力供給の早期回復の観点から、発電容量の多いモジュールから検出を開始する検出手順を制御部１００が実行するようにしてもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、地絡が発生して、地絡検出器１０によって地絡が検出された際に、開閉器２１〜２４を全て開放するとしていたが、この操作をせず、次の手順により開閉操作を行っても良い。
即ち、全ての開閉器が投入されている状態から、まず、いずれか１つの開閉器を開放し、コンダクタ６を投入する。このとき、開放した開閉器に対応するモジュールに地絡が発生していた場合には、地絡検出器１０により地絡が検出されないこととなる。これにより、制御部１００は、開放した開閉器に対応するモジュールが地絡発生箇所と特定することができる。また、一方、開閉器を開放しても、再度地絡の検出がされた場合には、一旦、コンダクタ６を開放し、更に他のいずれかの開閉器を開放して、再度コンダクタ６を投入する。そして、この操作を地絡が検出されなくなるまで繰り返し行う。この操作により、地絡が検出されなくなった直前に開放された開閉器に対応するモジュールにおいて、地絡が発生していると特定することができる。
【００２３】
また、上述の実施形態では、地絡が発生して、地絡検出器１０によって地絡が検出された際に、開閉器２１〜２４を全て開放した後、開閉器を１つずつ投入していくとしていたが、次の手順によっても地絡が発生したモジュールを特定することができる。
予め開閉器を複数のグループ（例えば、開閉器１１と開閉器１２とを第１のグループ、開閉器１３と開閉器１４とを第２のグループとする等）に分割しておき、まず、グループ毎に開閉の操作を実施し、地絡が発生しているグループを特定する。その後、グループ内の開閉器毎に開閉操作を行い、地絡が発生している開閉器を特定する。
この操作によると、１つずつ開閉器を投入していく手法と比較し、少ない開閉操作で地絡が発生しているモジュールを特定することができる。
特に、モジュールの数が多い場合には、有効である。また、徐々にグループを構成する開閉器の数を少なくしていき、段階的に地絡箇所を絞り込んでいくようにしても良い。
なお、上述したような他の手順においても、その手順によるシーケンスデータを制御部１００内のメモリに格納しておくことで、実現することができる。
【００２４】
なお、上述の実施形態では、地絡検出器１０を接続箱２内に設けたが、パワーコンディショナ３内に設けても良い。この場合、設置場所は、コンダクタ６とパワーコンディショナ３内のインバータ３１との間とする。
また、制御部１００の機能をパワーコンディショナ３内の制御部３４に含めても良い。
更に、制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等から構成されるものとしたが、これに限られず、上述した開閉器の開閉操作を実現できる構成であれば、ネットワーク接続先の監視サーバで制御信号を授受するなど、どのような構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る発電装置１と接続箱２の接続構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  発電装置
２  接続箱
３  パワーコンディショナ
５  逆流防止ダイオード
６  コンダクタ
１０  地絡検出器
１１〜１４  モジュール
２１〜２４  開閉器
３１  インバータ
３２  ノイズフィルタ
３３  コンダクタ
３４  制御部
１００  制御部
２００  通知部
【図１】
2005168156.tif 000003
【図２】
2005168156.tif 000004